التحلل في الأراضي الخثية: من هم اللاعبون وما الذي يؤثر عليهم؟
Open PDF in new window.
Carlos Barreto1* und Zoë Lindo1
1 Soil Biodiversity and Ecosystem Function Laboratory, Biotron Experimental Climate Change Research Centre, Department of Biology, Western University, London, ON, Canada
جميع الترب تخزن الكربون. عندما تنمو النباتات، فإنها تستهلك الكربون من الغلاف الجوي ويدخل هذا الكربون إلى التربة عند موتها. تتحلل هذه المواد النباتية الميتة ببطء شديد حيث تستخدم الكائنات مثل البكتيريا والفطريات والحيوانات الصغيرة كالعث والحشرات القافزة هذا الكربون كمصدر للغذاء. التحلل في الأراضي الخثية بطيء جدًا، ونتيجة لذلك، يظل معظم الكربون من النباتات الميتة في التربة، مما يمكن أن يساهم في إبطاء الاحترار المناخي. يعتمد التحلل في الأراضي الخثية على مدى رطوبة التربة، وأنواع النباتات والكائنات الترابية المختلفة. اكتشفنا أنه في أرض خثية في شمال كندا، تتحلل المواد النباتية الميتة لأنواع نباتات مختلفة بمعدلات مختلفة، ووُجِدَ أن هناك المزيد من العث والحشرات القافزة التي تساعد في التحلل في المناطق الأكثر رطوبة. نظرًا لأهمية الأراضي الخثية في تخزين الكربون، فإن فهم من هم فاعلو التحلل أمر مهم لفهم كيفية إبطاء ظاهرة الاحترار المناخي.
المقدمة
التحلل هو العملية الطبيعية لتفكيك النباتات والحيوانات الميتة. خلال عملية التحلل، يطرأ تغير على التركيب الكيميائي لهذه الكائنات الميتة، ونتيجة لذلك يُطلق الكربون إلى الغلاف الجوي. يحدث التحلل بفعل نشاط أنواع مختلفة من الكائنات كالفطريات (الشكل 1D)، والبكتيريا (الشكل 1E)، والديدان (الشكل 1F)، وعث الأورباتيد (الشكل 1B)، والحشرات القافزة (الشكل 1C). فمثلاً، تقوم البكتيريا والفطريات بتفتيت المادة النباتية الميتة مباشرةً وهما بذلك يُعدان من المُحَلِّلات الأساسية. يتغذى عث الأورباتيد والحشرات القافزة (المُحَلِّلات الثانوية) على الفطريات والبكتيريا (المُحَلِّلات الأساسية). وبدورها، تأكل عث الافتراس (الشكل 1A) المُحَلِّلات الثانوية. وعلى هذا، يؤثر عث الأورباتيد والحشرات القافزة بطريقة غير مباشرة على معدل التحلل.
المستنقعات هي نظم بيئية مهمة تتراكم فيها النباتات المتحللة جزئياً (الشكل 1G)، وبالتالي تخزن الكربون الموجود في المواد النباتية المتحللة [1)[الشكل 2 ( Aالنوع الرئيسي للنباتات فيها هو الطحالب ) الشكل 2 (E الطحالب نباتات صغيرة، بطيئة النمو تحتاج إلى كمية كبيرة من الماء للبقاء على قيد الحياة لأنها لا تمتلك جذور حقيقية. كما أنها تتحلل ببطء شديد في المستنقعات بعد موتها. المستنقعات رطبة جدًا، والتحلل فيها بطيء مقارنةً بالنظم البيئية الأخرى مثل الغابات أو المراعي التي
هي أكثر جفافًا. نتيجة لذلك، يتراكم المزيد من النباتات الميتة، مما يعني أن كمية أقل من الكربون يتم إطلاقها إلى الغلاف الجوي من المستنقعات مقارنةً بأنواع النظم البيئية الأخرى. بعبارة أخرى، يدخل المزيد من الكربون ويُحتجز داخل تربة المستنقعات عمّا يُطلق مرة أخرى إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون. ثاني أكسيد الكربون هو غاز دفيئة يحتجز الحرارة في غلاف الأرض الجوي، وبالتالي، يمكن للمستنقعات أن تساعد في إبطاء أو عكس التغير المناخي. يمكن للمستنقعات أن تساعد في عكس التغير المناخي عبر تخزين المزيد من الكربون في تربتها. هناك عوامل مختلفة يمكن أن تؤثر على التحلل في المستنقعات؛ على سبيل المثال، مدى رطوبة التربة، وأنواع مختلفة من المواد النباتية الميتة الموجودة، ومجتمع التربة – أنواع مختلفة من الكائنات الموجودة في التربة. لأننا أردنا معرفة ما يؤثر على التحلل في المستنقعات، ذهبنا إلى غابة بوريل في شمال أونتاريو، كندا لدراسة العث و الحشرات القافزة التي تعيش في مستنقع جميل. درسنا مجتمعات العث و الحشرات القافزة التي تعيش في مناطق مختلفة من ذلك المستنقع لسببين: أولاً، لأنه لا يزال غير معروف جيدًا أي أنواع العث والحشرات القافزة توجد في مجتمعات الأراضي الخثية، وثانيًا، لأننا أردنا أيضًا معرفة إلى أي مدى يمكن أن تساهم في تحلل الأوراق.
ما الذي قمنا به؟
فريق من العلماء في جامعة ويسترن (لندن، أونتاريو، كندا) يجرون أبحاثهم في أحد المستنقعات بشمال أونتاريو (كندا)، وذلك بالشراكة مع علماء من حكومة مقاطعة أونتاريو العاملين في معهد بحوث الغابات بأونتاريو. نسعى لفهم المزيد عن المستنقعات من خلال دراسة مكوناتها من نباتات وعث وحشرات وزئبق وكربون وماء. يتميز هذا المستنقع بغطائه الأساسي من طحالب السفاغنوم التي تشكل تضاريس مرتفعة تُعرف بالهامدات (كما في الشكل (B 2) وأخرى منخفضة تُسمى الحفركما في الشكل(C2) تتألف الهامدات من تجمعات للطحالب وأصناف نباتية أخرى، وتظهر جافة على سطحها. بالمقابل، تُعد الحفر كانخفاضات طبيعية على سطح الأرض، وغالبًا ما تكون مشبعة بالماء. في هذه الدراسة، نطمح لاكتشاف إذا ما كانت هناك اختلافات في مجتمعات العث والذيليات (المُحَلِّلَات الثانية)، وكذلك في معدلات التحلل (سرعة تحلل النباتات الميتة) بين الهامدات والحفر في هذا المستنقع.
ماذا قمنا به في المستنقع؟
إحدى الطرق لدراسة التحلل هي استخدام أكياس الفضلات [2]. أكياس الفضلات هي أكياس صغيرة مصنوعة من مادة شبكية يمكن ملؤها بالنباتات الميتة؛ الثقوب في المادة الشبكية تسمح للكائنات الدقيقة بالدخول والخروج. قمنا بملء أكياس الفضلات (الشكل D 2) بأوراق ثلاثة نباتات مختلفة: الطحالب (الشكل E)2)، والشجيرات (الشكل F2) هذه شجيرات صغيرة، أو أوراق السدج الشكل G2) هذه نباتات تشبه العشب، ووزنّاها لمعرفة الكمية الأولية للأوراق الجافة في كل كيس فضلات. في يونيو 2015، وضعنا كيس فضلات واحد لكل نوع من النباتات (ثلاثة أكياس فضلات) على خمس هامدات مختلفة (مناطق مرتفعة جافة) وفي خمس حفر مختلفة (انخفاضات رطبة). تم تثبيت أكياس الفضلات على سطح التربة وتُرِكَت هناك لمدة عام كامل حتى يتسنى للكائنات وقت كافٍ لاستعمار أكياس الفضلات والمساعدة في تحليل الأوراق. بعد عام، عُدْنَا إلى موقع المستنقع، جمعنا أكياس الفضلات، وأعدناها إلى مختبرنا في جامعة ويسترن، في جنوب أونتاريو (كندا).
ما الذي أنجزناه في المختبر؟
داخل المختبر، قمنا بوضع كل كيس من أكياس الفضلات على جهاز متخصص يُعرف بقمع تولغرن (الشكل H2)، والذي يحتوي بداخله على مصباح. عند تشغيل المصباح، يتم تسخين محتويات الكيس بالكامل، مما يدفع الكائنات الحية للهروب من الأكياس إلى قارورة صغيرة، حيث يُمكننا رصدها وملاحظتها. بعد ذلك، قمنا بفتح أكياس الفضلات وتجفيف الأوراق داخل فرن تجفيف، ثم قمنا بوزنها باستخدام ميزان دقيق. أجرينا ملاحظة دقيقة للكائنات التي تم جمعها من أكياس الفضلات تحت المجهر، وقمنا بتصنيفها إلى أنواع مختلفة استنادًا إلى مظهرها الخارجي. وقد قُمْنَا أيضًا بإحصاء عدد الأفراد لكل نوع تم العثور عليه داخل كل كيس. استغرق هذا الجزء من العملية حوالي خمسة أيام كاملة من العمل المتواصل لباحثَيْن. وفِي خِتام هذه المرحلة، قُمْنَا بمقارنة وزن أوراق النباتات التي تُرِكَت في موقع المستنقع لدينا لمدة عام كامل، مع الوزن الابتدائي لهذه الأوراق قبل نقلها إلى المستنقع. وقد سَمَحَت لنا هذه المقارنة بتحديد كمية التحلُّل التي طرأت على الأوراق خلال عام، أو بعبارة أخرى، كمية ما تَنَاوَلَتْهُ الكائِنات منها.
ماذا اكتشفنا؟
أظهرت أوراق النباتات المتنوعة معدلات تحلل مختلفة. فقد تحللت أوراق نبات السعد، التي تماثل في شكلها الأعشاب (بانخفاض نسبته 42.5%)، بمعدل أكبر من أوراق الشجيرات (بانخفاض نسبته 30.5%)، والتي بدورها تحللت بمعدل أكبر من الطحالب (بانخفاض نسبته 20.3%) داخل أكياس الفضلات(كما في الشكلA 3) ومع ذلك، لم يكن هناك فارق مهم سواء كانت أكياس الفضلات موضوعة على سطح التلة الصغيرة أو داخل الحوض، حيث لوحظت كمية مماثلة من التحلل في كلا الموقعين. ويرجع ذلك إلى أن الأحواض، على الرغم من رطوبتها الأكبر مقارنةً بالتلة الصغيرة، لم تكن مشبعة بالماء بالشكل الذي يؤدي إلى تباطؤ كبير في عملية التحلل في مناطقنا، خلافًا لأجزاء أخرى غارقة من المستنقع. وُجِدَ في كيس فضلات واحد ما بين 0- 203 فردًا من العث وما بين 0-123 فردًا من حشرات الغبار. وقد تم العثور على عدد أكبر من هذه الحشرات في أكياس الفضلات التي وُضِعَت في الأحواض (الانخفاضات المائية) مقارنةً بالتلة الصغيرة (المناطق المرتفعة والجافة) (ما يظهر في الشكل B) 3) لكن هذه الحيوانات الصغيرة لم تُظهِر تفضيلًا لأي نوع محدد من الأوراق، إذ وُجِدَت بأعداد مشابهة في أكياس فضلات تحتوي على سعد، شجيرات، أو طحالب. وقد كانت عثة أوريباتيد (الشكلB 1) هي المجموعة المسيطرة داخل أكياس الفضلات (إذ شَكَّلَت 53.6% من إجمالي عدد الأفراد)، تلاها حشرات الغبار بنسبة 40%. وقد جُمِعَت أيضًا مجموعات أخرى من العث غير المتعددة، بالإضافة إلى بضع عناكب ويرقات حشرية، لكن جميعهم مجتمعين لم يُشَكِّلُوْا إلا 6.4% فقط من إجمالي حيوانات أكياس الفضلات وإلى جانب زيادة عددهم، بالإضافة إلى زيادة عدد الأفراد، كانت الأحواض (الانخفاضات الرطبة) تحتوي أيضًا على عدد أكبر من الأنواع التي تم جمعها. في المجموع، وجدنا 20 نوعًا من 506 فردًا من عثة أوريباتيد وسبعة أنواع من 378 فردًا من حشرات الغبار (كما في الشكل 1C). كانت مجتمعات عثة أوريباتيد أكثر تشابهًا مع بعضها في الأحواض وكانت تحتوي على أكبر عدد من الأنواع. بدت الأنواع من عثة أوريباتيد الموجودة في التلة الصغيرة وكأنها اختيرت بشكل عشوائي.
لماذا هذا مهم؟
لقد أُجريت قليل من الدراسات على العث وحشرات الغبار في المستنقعات، لذا كانت الدافع الأول لإجراء هذه الدراسة هو الحصول على معلومات حول أنواع عثة أوريباتيد التي تعيش في مستنقعاتنا. كما أن فهم كيفية اختلاف مجتمعات الحيوانات الصغيرة يمنحنا فكرة عن سرعة أو بطء التحلل الطبيعي للأوراق في المستنقعات. على الرغم من أنه في معظم الحالات، يُعتبر العث وحشرات الغبار من المُحلِّلات الثانوية [3] لأنها تتغذى على الفطريات والبكتيريا، إلا أن فهم من هم، وأين يعيشون، وكم يساهمون في عمليات التحلل مهم للتنبؤ بكمية الكربون المُطلَق إلى الغلاف الجوي من التربة. تُعتبر تربة المستنقعات حالة خاصة لأن المستنقعات تشغل جزءًا صغيرًا فقط من العالم، لكن بطء التحلل يعني أن المستنقعات يمكن أن تخزِّن كميات كبيرة جدًا من الكربون [1]. من المتوقع أن تؤدي زيادة درجات الحرارة العالمية بسبب تغير المناخ إلى تغيير أنواع النباتات التي نلاحظها في المستنقعات. على وجه التحديد، ستسمح درجات الحرارة الأكثر دفئًا للسُّعَد بالسيطرة حيث كان يُوجَد سابقًا طحالب [4]. في دراستنا، وجدنا أن نبات السُّعَد يتحلل بشكل أسرع من الطحالب، وهذا يعني أن تغير نوعية النباتات في المستنقعات من الطحالب إلى السُّعَد قد يزيد من كمية الكربون المُطلَق عبر التحلل. على الرغم من أننا لم نجمع البكتيريا والفطريات في هذه الدراسة بالتحديد، إلا أن دراسات أخرى أجرتها مجموعتنا البحثية في نفس المستنقع وجدت أن مجتمعات الفطريات [5] والبكتيريا [6] تختلف أيضًا بين الأكوام والحفر. لقد كان العث وحشرات الغبار موضوعًا قليل الدراسة، لذلك اخترنا التركيز عليهم. تشير نتائج الفطريات والبكتيريا أيضًا إلى أن تغير المناخ قد يغير قدرة المستنقعات على تخزين الكربون. بمعنى آخر، قد تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تسريع التحلل الكلي للأوراق، مما يُطلِق المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ويجعل تغير المناخ أكثر وضوحًا. مع ذلك، يجب علينا المشاركة في حفظ المستنقعات، فهذه الأنظمة البيئية مهمة لحياتنا في مستقبل من المحتمل أن يكون فيه ثاني أكسيد الكربون أكثر وفرة في الغلاف الجوي. حان وقت اتخاذ إجراءات الحفظ!
المصطلحات
التحلل
هو تفكك النباتات والحيوانات الميتة، ويُقاس بالخسارة.
الكائن الحي
نبات أو حيوان أو بكتيريا أو فطر فردي.
المستنقعات
المستنقعات هي نوع من الأراضي الرطبة. يشير مصطلح “المستنقع” إلى التربة الخثية والموطن الرطب الذي ينمو على سطحها.
التغير المناخ
تغير المناخ هو ارتفاع درجة حرارة العالم بأسره، وغالبًا ما يُسبب ذلك زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. المصدر الرئيسي لثاني أكسيد الكربون هو الأنشطة البشرية.
المجتمع
مجموعة من أنواع مختلفة تعيش في نفس المنطقة وتتفاعل مع بعضها البعض.
الأنواع
كائنات تشترك في نفس الخصائص الجسدية والوراثية؛ على سبيل المثال، جميع البشر يشكلون نوعًا، كذلك جميع الكلاب، وجميع القطط تُعتبر نوعًا أيضًا.
الشكر والتقدير
نعبر عن امتناننا للدعم المالي الذي تلقيناه من برنامج منح الاكتشاف التابع لمجلس العلوم الطبيعية والهندسة للبحث في كندا (NSERC) (ZL #418241-2012)، وكذلك من وزارة أونتاريو للبحث والابتكار والعلوم عبر جائزة الباحث المبكر (ZL). نقدم شكرنا للدكتور J. McLaughlin من وزارة الموارد الطبيعية والغابات في أونتاريو لتمكيننا من الوصول إلى موقع البحث في White River، ON، وللدكتور Brian Branfireun لدعمه المتواصل لأعمالنا البحثية. نشكر الدكتور Greg Thorn والدكتور Branfireun على تزويدنا ببعض الصور. كما نود تقديم شكر خاص لـ Caitlyn Lyons التي ساهمت في تسهيل فهم الأطفال للغة المستخدمة، ولشباب المراجعين المتميزين وأساتذة العلوم الذين يرشدونهم. ولا يفوتنا شكر الدكتور Malte Jochum على دعوته الكريمة للانضمام إلى هذه المبادرة المهمة.
البحث الاصلي
Barreto, C., and Lindo, Z. 2018. Drivers of decomposition and the detrital invertebrate community differ across a hummock-hollow microtopology in Boreal peatlands. Ecoscience 25:39–48. doi: 10.1080/11956860.2017.1412282
المصادر
[1] Gorham, E. 1991. Northern peatlands: role in the carbon cycle and probable responses to climatic warming. Ecol. Appl. 1:182–95.
[2] Moore, T. R., Trofymow, J. A., Prescott, C. E., and Titus, B. D. 2017. Can short-term litter-bag measurements predict long-term decomposition in northern forests? Plant Soil 416:419–26. doi: 10.1007/s11104-017-3228-7
[3] Lehmitz, R., and Maraun, M. 2016. Small-scale spatial heterogeneity of stable isotopes signatures (d15N, d13C) in Sphagnum sp. transfers to all trophic levels in oribatid mites. Soil Biol. Biochem. 100:242–51. doi: 10.1016/j.soilbio.2016.06.005
[4] Dieleman, C. M., Branfireun, B. A., Mclaughlin, J. W., and Lindo, Z. 2015. Climate change drives a shift in peatland ecosystem plant community: implications for ecosystem function and stability. Glob. Change Biol. 21:388–95. doi: 10.1111/gcb.12643
[5] Asemaninejad, A., Thorn, R. G., and Lindo, Z. 2017. Vertical distribution of fungi in hollows and hummocks of boreal peatlands. Fungal Ecol. 27:59–68. doi: 10.1016/j.funeco.2017.02.002
[6] Asemaninejad, A., Thorn, R. G., Branfireun, B. A., and Lindo, Z. 2019. Vertical stratification of peatland microbial communities follows a gradient of functional types across hummock-hollow microtopographies. Ecoscience 26:249–58. doi: 10.1080/11956860.2019.1595932
تم التحرير بواسطة: مالتي جوشوم، المركز الألماني للأبحاث المتكاملة حول التنوع البيولوجي (iDiv)، ألمانيا
الاستشهاد: بارريتو سي وليندو ز (2020) التحلل في أراضي السبخة: من هم الفاعلون وما الذي يؤثر عليهم؟ مجلة عقول شابة 8:107.
doi: 10.3389/frym.2020.00107
تضارب المصالح: يعلن المؤلفون أن البحث تم إجراؤه في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.
المراجع الصغير
آدم، العمر: 14
مرحبًا، اسمي آدم. أعيش مع والديّ، وأخي الأكبر، وكلبي، وأسماكي، واثنين من الطيور. أنا من محبي العلوم والتاريخ بشكل كبير. أحب الرسم والكتابة والقراءة. رياضتي المفضلة هي كرة القدم (أو كما نسميها كرة القدم). أستمتع بالسباحة في المحيط ولعب ألعاب الفيديو.
ألكسندر، العمر: 12
أنا صبي يبلغ من العمر 12 عامًا في الصف السابع ومادتي المفضلة هي الرياضيات. أحب العزف على الجيتار وأتعلم الآن كيفية العزف على الطبول.
الباحثين
كارلوس بارريتو
منذ صغري أدركت أنني أحب الحيوانات، ربما أكثر من اللازم. كانت العلوم دائمًا مادتي المفضلة في المدرسة، وصولًا إلى المرحلة الثانوية. في ذلك الوقت، قررت أنني أريد أن أعمل في مجال يجمع بين العلم والحيوانات. حاولت أن أصبح طبيبًا بيطريًا، لكن الأمر لم ينجح. لا أندم على ذلك. لذلك، أصبحت عالم بيئة بعد بضع سنوات، ومنذ ذلك الحين عملت مع حيوانات صغيرة (معظمها من الحشرات والعث) في الغابات الاستوائية، وكهوف خام الحديد والحجر الجيري، والغابات الشمالية، والمناطق الحضرية، وأراضي السبخة في ثلاث قارات؛ أمريكا الجنوبية، وأمريكا الشمالية، وأوروبا.
زوي ليندو
الدكتورة زوي ليندو هي خبيرة في التنوع البيولوجي للتربة ووظائف النظام البيئي. عملت بشكل مكثف في الغابات الكندية، بما في ذلك الغابات المختلطة في ألبيرتا، وتايغا شبه القطب الشمالي في كيبيك، وغابات الساحل المطيرة المعتدلة في كولومبيا البريطانية، وأراضي السبخة السوداء في أونتاريو. تقول: "يركز بحثي بشكل عام على الحد من فقدان التنوع البيولوجي الناتج عن التغيرات البيئية التي يسببها الإنسان، والحفاظ على وظائف النظام البيئي في الغابات الكندية وأنظمة التربة البيئية. أصف نفسي كعالمة في مجال التنوع البيولوجي لأعكس مدى أبحاثي في مجالات علم البيئة المجتمعي، وبيئة التربة، والتصنيف العلمي.†orcid.org/0000-0001-9942-7204
الترجمة
د. رغد سلمان محمد
الدكتورة رغد تخصصت مبكرًا في مراقبة البيئة العراقية، وخصوصًا الصحارى والأهوار. ركزت جهودها على استكشاف كيفية استفادة الإنسان من البيئة الصحراوية والتكيف معها. عملت أيضًا على متابعة الغطاء النباتي وبيئات النباتات وتراكم الكربون العضوي. حاليًا، تشرف على مشروع مستمر يهدف إلى إعداد خريطة لأنواع النباتات C3 وC4، ودراسة مدى استمرار كل جنس في مواجهة ظاهرة الاحتباس الحراري التي تؤثر بشكل كبير على منطقة الشرق الأوسط.
الدعم او التمويل
فريق Translating Soil Biodiversity يعرب عن شكره لدعم مركز الأبحاث الألماني للتنوع البيولوجي التكاملي (iDiv) في هاله-يينا-لايبزيغ، الممول من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG FZT 118, 202548816).